一种多量子阱发光层、发光二极管外延片及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种多量子阱发光层、发光二极管外延片及其制备方法，其中，多量子阱发光层包括第一Ga极性垒层、Ga极性阱层、第二Ga极性垒层、以及N极性垒层；第一Ga极性垒层、Ga极性阱层、第二Ga极性垒层、以及N极性垒层由下至上依次周期交替层叠形成混合极性的Al

【技术实现步骤摘要】
一种多量子阱发光层、发光二极管外延片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种多量子阱发光层、发光二极管外延片及其制备方法。

技术介绍

[0002]发光二极管（Light Emitting Diode)简称LED，是一种将电能直接转化为光能的半导体发光器件，具有较高的转换效率。作为一种节能环保的新型光源，LED 近年来受到了很大的关注。
[0003]半导体照明取得的这些成就主要得益于GaN基LED相关技术的进步，相对于其它的材料体系，无论是在效率上还是在可靠性上，GaN基LED都有着明显的优势。随着生产规模化和发光效率的提高，成本在不断下降，因此，GaN基LED具有广泛的应用前景和很高的商业价值，当然，也存在诸多的技术瓶颈急需解决。
[0004]GaN基LED其外延薄膜主要是Ga极性（Ga
‑
Poalr）GaN薄膜，由于GaN基LED的量子阱中存在压电极化电场和自发极化电场，致使量子阱的能带发生弯曲和倾斜，从而减少了量子阱中电子和空穴的波函数交叠，降低了电子和空穴的辐射复合效率，进而降低了发光二极管的发光效率。因此，为了提高发光二极管的发光效率，减弱量子阱的能带弯曲程度是十分必要的。
[0005]现有技术中，发光二极管其外延薄膜主要是Ga极性（Ga
‑
Poalr）GaN薄膜，由于传统发光二极管的量子阱中存在压电极化电场和自发极化电场，致使量子阱的能带发生弯曲和倾斜，从而减少了量子阱中电子和空穴的波函数交叠，降低了电子和空穴的辐射复合效率，进而降低了发光二极管的发光效率。

技术实现思路

[0006]基于此，本专利技术的目的是提供一种多量子阱发光层、发光二极管外延片及其制备方法，用于解决现有技术中由于传统发光二极管的量子阱中存在压电极化电场和自发极化电场，致使量子阱的能带发生弯曲和倾斜，从而减少了量子阱中电子和空穴的波函数交叠，降低了电子和空穴的辐射复合效率，进而降低了发光二极管的发光效率的技术问题。
[0007]本专利技术一方面提供一种多量子阱发光层，包括第一Ga极性垒层、Ga极性阱层、第二Ga极性垒层、以及N极性垒层；所述第一Ga极性垒层、Ga极性阱层、第二Ga极性垒层、以及N极性垒层由下至上依次周期交替层叠形成混合极性的Al
x
In
y
GaN多层结构；其中，x的取值范围为0
‑
0.6，y的取值范围为0
‑
0.4。
[0008]另外，根据本专利技术上述的多量子阱发光层，还可以具有如下附加的技术特征：进一步地，所述第一Ga极性垒层为Al
x1
In
y1
GaN层，所述Ga极性阱层为Al
x2
In
y2
GaN层，所述第二Ga极性垒层为Al
x3
In
y3
GaN层，所述N极性垒层为Al
x4
In
y4
GaN层；其中，x2＜x1=x 3，x2＜x4； y1=y3＜y2，y4＜y2。
[0009]进一步地，0≤x1≤0.6，0≤y1≤0.2；0≤x2≤0.4，0≤y2≤0.4；0≤x3≤0.6，0≤y3
≤0.2；0≤x4≤0.6，0≤y4≤0.2。
[0010]进一步地，所述第一Ga极性垒层的厚度为2nm~5nm；所述Ga极性阱层的厚度为2.5nm~4nm；所述第二Ga极性垒层的厚度为0.5nm~2nm；所述N极性垒层的厚度为4nm~10nm。
[0011]进一步地，所述多量子阱发光层的周期范围为4
‑
16。
[0012]本专利技术一方面还提供一种发光二极管外延片，包括衬底、以及依次生长在所述衬底上的N型半导体层、低温应力释放层、多量子阱发光层、电子阻挡层、P型半导体层，所述多量子阱发光层为上述具有混合极性的Al
x
In
y
GaN多层结构的多量子阱发光层。
[0013]本专利技术另一方面提供一种发光二极管外延片制备方法，用于制备上述的发光二极管外延片，所述方法包括：获取一衬底；在所述衬底上依次生长N型半导体层、低温应力释放层、多量子阱发光层、电子阻挡层以及P型半导体层；其中，生长所述多量子阱发光层的方法包括：依次周期交替生长第一Ga极性垒层、Ga极性阱层、第二Ga极性垒层、以及N极性垒层以形成混合极性多量子阱；其中，在生长所述N极性垒层后，所述发光二极管外延片制备方法还包括：对所述N极性垒层进行NH3处理以形成粗糙的N极性面。
[0014]进一步地，所述第一Ga极性垒层的生长温度为：760
‑
960℃；所述Ga极性阱层的生长温度为：700
‑
880℃；所述第二Ga极性垒层的生长温度为：760
‑
960℃；所述N极性垒层的生长温度为：760
‑
960℃。
[0015]进一步地，所述多量子阱发光层的生长压力为：50
‑
500torr。
[0016]本专利技术另一方面还提供一种发光二极管，所述发光二极管包括上述的发光二极管外延片。
[0017]上述多量子阱发光层、发光二极管外延片及其制备方法，通过利用Ga极性氮化物与N极性氮化物的极化电场方向相反，减弱多量子阱发光层中因极化电场而导致的能带弯曲现象，从而提高多量子阱发光层中的辐射复合效率，进而提高发光二极管的发光效率。具体的，第一Ga极性垒层主要用于填平经过NH3处理形成的粗糙N极性垒层表面，获取表面平整的Ga极性垒层，有利于后续高质量阱层的生长。同理，第二Ga极性垒层主要用于填平相对粗糙的量子阱层表面，获取表面平整的Ga极性垒层，有利于后续高质量N极性垒层的生长。N极性垒层进行NH3气处理形成粗糙的N极性面，可减少量子阱中的面内全反射更有利于出光。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例中发光二极管外延片的结构示意图；图2为本专利技术实施例中多量子阱发光层的结构示意图；主要结构符号说明：
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。
具体实施方式
[0019]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的若干实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。
[0020]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0021]为了解决现有技术中由于传统发光二极管的量子阱中存在压电极化电场和自发极化电场，致使量子阱的能带发生弯曲和倾斜，从而减少了量子阱中电子和空穴的波函数交叠，降低了电子和空穴的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多量子阱发光层，其特征在于，包括第一Ga极性垒层、Ga极性阱层、第二Ga极性垒层、以及N极性垒层；所述第一Ga极性垒层、Ga极性阱层、第二Ga极性垒层、以及N极性垒层由下至上依次周期交替层叠形成混合极性的Al
x
In
y
GaN多层结构；其中，x的取值范围为0
‑
0.6，y的取值范围为0
‑
0.4。2.根据权利要求1所述的多量子阱发光层，其特征在于，所述第一Ga极性垒层为Al
x1
In
y1
GaN层，所述Ga极性阱层为Al
x2
In
y2
GaN层，所述第二Ga极性垒层为Al
x3
In
y3
GaN层，所述N极性垒层为Al
x4
In
y4
GaN层；其中，x2＜x1=x 3，x2＜x4； y1=y3＜y2，y4＜y2。3.根据权利要求2所述的多量子阱发光层，其特征在于，0≤x1≤0.6，0≤y1≤0.2；0≤x2≤0.4，0≤y2≤0.4；0≤x3≤0.6，0≤y3≤0.2；0≤x4≤0.6，0≤y4≤0.2。4.根据权利要求1所述的多量子阱发光层，其特征在于，所述第一Ga极性垒层的厚度为2nm~5nm；所述Ga极性阱层的厚度为2.5nm~4nm；所述第二Ga极性垒层的厚度为0.5nm~2nm；所述N极性垒层的厚度为4nm~10nm。5.根据权利要求1所述的多量子阱发光层，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒俊，程龙，高虹，郑文杰，印从飞，程金连，张彩霞，刘春杨，胡加辉，金从龙，
申请(专利权)人：江西兆驰半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：